Тампонажные работы в строительстве
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
ИНСТРУКЦИЯ
на тампонаж разведочных и стационарных скважин, пробуренных в процессе
проведения инженерно-геологических изысканий для строительства
метрополитенов и горных тоннелей
Дата введения 1969-11-01
ВНЕСЕНЫ институтом «Метрогипротранс»
УТВЕРЖДЕНЫ Министерством транспортного строительства 17 октября 1969 г.
Инструкция на тампонаж разведочных и стационарных скважин, пробуренных в процессе проведения инженерно-геологических изысканий для строительства метрополитенов и горных тоннелей, составлена Государственным ордена Трудового Красного Знамени проектно-изыскательским институтом «Метрогипротранс» согласно приказу Минтрансстроя от 30 июля 1969 г. N 176.
Инструкция составлена с учетом специфических условий бурения разведочных и стационарных скважин и строительства метрополитенов и горных тоннелей, а также в соответствии с требованиями по охране подземных вод.
I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Настоящая Инструкция составлена на производство работ по тампонажу скважин, пробуренных в процессе инженерно-геологических изысканий для строительства метрополитенов и горных тоннелей, и распространяется на производство работ по тампонажу скважин для строительства других специальных подземных сооружений.
2. Тампонаж скважин производится с целью:
— исключения возможности поступления воды и водонасыщенных грунтов из вышележащих горизонтов через стволы разведочных и стационарных скважин в сооружаемые подземные выработки;
— обеспечения надежной изоляции друг от друга водоносных горизонтов;
— охраны подземных вод от загрязнения.
II. ТАМПОНАЖ РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН
3. Тампонаж скважины выполняется буровой бригадой по специальному заданию на ликвидацию скважины, подписанному руководителем геологической группы (руководителем инженерно-геологическими изысканиями) и начальником изыскательской (буровой) партии.
Задание составляется на основании фактического геологического разреза с учетом конструкции скважины.
В задании должны быть указаны последовательность работ по ликвидации скважины, материалы для тампонажа, способ тампонирования каждого горизонта и требования к проверке качества выполнения тампонажа.
4. Тампонаж скважин, пробуренных для проектирования и строительства метрополитенов мелкого заложения, должен производиться в присутствии начальника изыскательского (бурового) отряда и геолога, обслуживающего эти скважины, и оформляться актом по форме 1 приложения 1.
5. Тампонаж скважин, пробуренных для проектирования и строительства метрополитенов глубокого заложения и железнодорожных тоннелей, должен производиться в присутствии руководителя геологической партии (руководителя инженерно-геологическими изысканиями) и начальника изыскательской (буровой) партии и оформляться актом по форме 2 приложения 1.
Если скважина попадает в сечение выработки метрополитена глубокого заложения или находится на расстоянии менее трех метров от ее наружного контура, при тампонаже скважины должны присутствовать также начальник отдела (группы) инженерной геологии и главный инженер проекта; тампонаж такой скважины оформляется актом по форме 3 приложения 1.
6. Перед началом тампонажа проверяются наличие необходимых для тампонажа оборудования и материалов, состояние документации буровых работ, время схватывания доставленного цемента, глубина скважины и положение уровня грунтовых вод.
Если обнаружено, что скважина засорена или на дне ее находится шлам, должна быть выполнена чистка скважины.
7. Все работы по тампонажу скважины регистрируются буровым мастером и геологом в буровом и гидрогеологическом журналах.
А. Тампонаж разведочных скважин в пределах скальных, полускальных грунтов и глин
9. Цементно-песчаный раствор, применяемый для тампонирования скважин в пределах скальных, полускальных грунтов и глин, должен доставляться к забою скважины в тампонажной желонке.
При тампонаже на буровом станке должен работать сменный буровой мастер.
10. По мере заполнения скважины цементно-песчаным раствором должно производиться извлечение обсадных труб.
11. После полного заполнения тампонируемого участка скважины цементно-песчаным раствором и по истечении срока его схватывания должна быть произведена проверка степени затвердения цементно-песчаного раствора.
Цемент считается затвердевшим, если при сбрасывании ударной штанги с высоты 1,5 м не происходит ее погружение в раствор.
12. На контактах скальных, полускальных грунтов и глин с вышележащими несвязными грунтами должны быть забиты деревянные пробки длиной 50 см и диаметром, соответствующим внутреннему диаметру обсадных труб. Пробка спускается в обсадные трубы и забивается ударной штангой.
13. Если при тампонаже скважины будет происходить значительное поглощение цементно-песчаного раствора (в грунтах сильнотрещиноватых или закарстованных), то вместо цементно-песчаного раствора следует применять бетон, приготовляемый в соотношении по объему цемент-песок-гравий или щебень 1:2:1.
В случае, когда участок скважины не удается затампонировать бетоном, в связи с наличием карстовых полостей или крупных трещин, допускается перекрытие участка обсадной трубой с последующим заполнением ее бетоном.
Самоизливающиеся скважины тампонируются цементом, который доставляется к забою в матерчатых или плотных бумажных мешочках.
15. Физико-механические свойства применяемых цементов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 970-61.
16. Сроки схватывания портландцемента должны быть не более сроков, указанных в табл.4 СНиП I-B.2-62.
Сроки схватывания от начала затворения
Тампонаж скважины: что это такое, когда необходимо и технология тампонирования
Тампонирование (цементирование) – процесс заполнения скважин жидким пластиком, глиной или вяжущими растворами цемента. Метод применяют для защиты конструкций от загрязнения грунтовыми водами. Таким же образом ликвидируют гидротехнические сооружения, пришедшие в негодность.
Особенности тампонирования
Выбор технологии зависит от цели ее проведения, состояния забоя, геологической обстановки, инженерного обеспечения бригады. Детали процесса могут уточняться по ходу работ. Для заливки часто используют гипсоглиноземистый цемент. Если в проходке присутствуют большие полости, его усиливают доломитовой мукой, целлюлозными нитями, волокнами асбеста.
Выделяют 2 разновидности тампонажа скважин:
Перед началом процедуры проводят экспертизу состояния водоносного уровня и сооружений. После составления и утверждения проекта объект блокируют. Основанием служит заявление владельца, направленное в санитарно-эпидемиологическую службу. Если речь идет о ликцидации глубокой водоносной скважины, решение принимает подрядчик, который проводил строительные работы.
Этапы работ по ликвидации скважины.
Когда нужно тампонирование
Необходимость цементирования скважин объясняется рядом причин:
К этому способу цементирования прибегают для заглушки фонтанирующих скважин. Обязательному тампонажу подлежат поисковые и пробные разведывательные шахты.
Преимущества тампонирования
Технология признана оптимальным средством защиты водоносных жил от загрязнений. Процедура минимизирует риск повреждения ствола и разгерметизации стыков. Такие работы могут выполняться при потребности в дополнительной гидрологической изоляции забоя.
Тампонаж скважин позволяет защитить водоносные жилы от загрязнений.
Используемые растворы и особенности метода
Состав цементирующих веществ и характер их транспортировки уточняют в ходе предварительных расчетов.
Для этого определяют:
Грамотное проектирование экономит финансовые средства.
К популярным смесям относят массу на основе портландцемента и воды, которую перекачивают насосом. Состав быстро застывает и обладает высоким уровнем прочности. Его используют для скважин, размещенных в плотной глинистой почве.
При взаимодействии с пористыми грунтами к массе добавляют бумагу, асбест и другие подобные материалы. В некоторых случаях допускается применение вспениваемых составов, способных увеличиваться в размерах по мере затвердевания.
Кроме вышеперечисленных компонентов в тампонажную смесь может входить небольшой состав, включающий в себя песок и гравий. Но ее плотность должна сохраняться жидкой. Подается масса посредством насоса на высоту до 3 м. Для дезинфекции в нее примешивают хлорную известь.
Использование стандартного строительного раствора приводит к повышенному расходу материала и увеличивает финансовые издержки.
Подготовительные работы
Подготовительный этап включает составление акта экспертизы и разработку проекта, который должен пройти согласование в органах санитарного надзора. Технические отчеты и акты о проведении работ передаются в санэпидемстанцию и коммунальные службы по завершению процедуры.
Технология
Чтобы правильно тампонировать шахту, необходимо следовать инструкции о порядке ликвидации скважин. Специалисты, которые будут проводить эти работы, должны обладать специальным допуском. Необходимо присутствие оборудования для смешивания, а также цементировочных машин.
Принцип технологического процесса заключается в том, что промежутки между стенкой и колонной труб заполняются вяжущим составом. Сам тампонаж производят на глубине, где проходит нижний водоносный горизонт.
Существует несколько способов цементирования скважин. Наиболее эффективным из них считают метод обратного тампонирования.
При его выполнении на нижнем уровне колонны, который будет подвергнут блокировке, устанавливают пробку с каналом, перекрытым диафрагмой. Верхнюю заглушку устанавливают на цементировочной головке в верхней части обсадной трубы.
Вслед за закачкой тампонажной смеси ее открывают и заливают продавливающее жидкое вещество. Под высоким давлением цементный субстрат вместе с нижней заглушкой углубляется вниз. Одновременно происходит выталкивание буровой жидкости.
При соприкосновении нижней пробки с упорным кольцом наблюдается резкое усиление давления. Под воздействием этого перемычка разрушается, и цемент протекает в затрубные полости.
Технология ликвидации скважины.
При 2-цикловом тампонировании вместо нижней пробки устанавливают заливочную муфту, после чего производят промывку, монтаж цементировочной головки и заливку вяжущего состава. Затем сквозь муфту проводят еще одну пробку, которая при взаимодействии с продавочной жидкостью проталкивает смесь вглубь.
Вслед за этим отпускают и продавливают размещенную внутри головки нижнюю пробку. Под давлением она прижимается к муфте и, смещаясь вниз, открывает сквозное отверстие.
Следующая операция может быть выполнена в 2 вариантах:
После завершения подачи тампонажной смеси для второго сегмента колонны устанавливают и продавливают последнюю верхнюю пробку. Смещаясь вниз вместе с втулкой, она закроет проходное отверстие.
Оба варианта уменьшают риск затекания промывного средства в раствор цемента и ослабляют давление на почву в ходе его подъема.
Более простой способ цементирования связан с заливкой раствора в середину трубы, при этом состав погружается вниз и заполняет пространство. Главным достоинством метода является простота, но качество тампонирования будет невысоким.
Время застывания цементного столба обусловлено составом вяжущей смеси и видом забоя. Эксплуатационная шахта будет готова через 24 часа, забой с кондукторной трубой – спустя 16 часов.
Контроль качества выполняют с помощью акустического зонда (скважинного локатора). Пустые участки определяют по диапазонам колебаний звука. Вслед за этим производят обвязку выходного отверстия скважины. Затем посредством желонки удаляют цемент и пробки.
Для проверки ствола на непроницаемость в него закачивают воду под давлением, которое на 20% превышает расчетный показатель. В том случае, если спустя 30 минут он понизится не более чем на 0,5 МПа и при этом не произойдет выделения газа и слива воды, скважину признают герметичной.
Производство тампонажных работ
Закрепление грунта инъекцией заключается в нагнетании одного или двух растворов в грунт через систему инъекторов или специально пробуренные скважины. Тампонажный раствор, распространяясь в грунте, заполняет поры и, соприкасаясь с поверхностью частиц, вступает с ними в химическую реакцию. При этом каждая из частиц грунта покрывается слоем цементирующего вещества, в результате чего близлежащие частицы скрепляются друг с другом, образуя жесткий «скелет», способный выдержать значительно большую нагрузку, чем незакрепленный грунт.
При этом необходимо учитывать:
1. с увеличением вязкости инъецируемых растворов и давления, под которым производится нагнетание, на распространение растворов в грунте все большее влияние оказывает проницаемость песчаных грунтов. Растворы стремятся найти разрыхленную зону, устремляются в нее и, играя роль клина, раскалывают грунт. При этом растворы способны продвигаться по создаваемым им ходам на достаточно большие расстояния. Явления разрыва сплошности грунта жидкими растворами и проникновения их по трещинам и ходам проявляются тем резче, чем меньше крупность частиц и влажность грунта;
2. при нагнетании растворов в неоднородные грунты происходит их неравномерное проникновение в различные по водопроницаемости слои. Степень неравномерности проникновения жидкости в различные слои зависит от их коэффициентов фильтрации;
3. характер распространения нагнетаемых в грунт растворов определяет форму и степень однородности массива, получаемого в результате закрепления.
Форма закрепления грунта зависит от инженерно-геологического строения основания. В однородных грунтах фигуры, получаемые при нагнетании тампоиажных растворов через перфорированный инъектор, имеют форму эллипсоида вращения. Это объясняется тем, что нагнетаемый раствор распространяется от перфорированной части инъектора не только в радиальном направлении, но и вертикально вверх и вниз от ее верхнего и нижнего концов.
Таблица 2.10. Радиусы закрепления при силикатизации и смолизации грунтов
| Способ закрепления | Вид грунта | Коэффициент фильтрации, м/сут | Радиус закрепления грунта, м |
| Силикатизация двухрастворная | Пески разной крупности | 5-10 10-20 20-50 50-80 | 0,3-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 |
| Силикатизация однорастворная двухкомпонентная | Пески разной крупности | 0,5-1,0 1-2 2-5 | 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 |
| Газовая силикатизация | Пески разной крупности | 0,5-1,0 1-5 5-20 | 0,3-0,5 0,5-0,8 0,8-1,0 |
| Силикатизация однорастворная од покомпонентная | Просадочный лесовый грунт | 0,2-0,3 0,3-0,5 0,5-2 | 0,4-0,7 0,7-0,8 0,8-1,0 |
| Смолизация однорастворная однокомпонентная | Пески разной крупности | 0,5-1 1-5 5-10 10-20 20-50 | 0,3-0,5 0,5-0,65 0,65-0,85 0,85-0,95 0,95-1,0 |
На основании геометрических параметров закрепления, определенных по вышеприведенным формулам, и заданной проектом конструктивной схемы закрепления, форм и размеров закрепляемого грунтового массива производится пространственное размещение инъекторов в плане и заходок по глубине.
Нагнетание растворов в однородные по водопроницаемости грунты производится снизу вверх или сверху вниз. В неоднородных по водопроницаемости грунтах в первую очередь закрепляют слои грунта с большей водопроницаемостью.
Расположение инъекторов и конфигурации массивов при инъекционном закреплении грунтов в основании зданий и сооружений для защиты от осадок фундаментов, расположенных вблизи строящихся подземных объектов, приводятся на рис. 2.19.
Рис. 2.19. Примеры использования инъекционных методов при строительстве городских подземных сооружений и закреплении грунтов основания зданий
При двухрастворной силикатизации раствор хлористого кальция необходимо нагнетать как можно скорее после раствора силиката натрия. Допустимые временные перерывы составляют: при скорости грунтовых вод 0 м/сут — 24 ч; 0,5 м/сут — 6 ч; 1,5 м/сут — 2 ч; 3 м/сут —1ч. Инъецирование производится через два насоса — каждый раствор своим насосом. Не допускается смешение растворов в баках и шлангах. Использовать оборудование, которым инъецировался один раствор, для нагнетания второго можно только после его тщательной промывки горячей водой.
При газовой силикатизации перерыв между нагнетанием раствора и газа не должен превышать 0,5-1 ч, а газа и раствора — 0,5 ч. Возможно одновременное нагнетание газа и раствора сразу в нескольких заходках при условии, что расстояние между инъекторами должно быть не меньше 6r.
Для установления радиуса и предельного нагнетания в конкретных инженерно-геологических условиях проводят пробные закачки в грунт. Само нагнетание ведется при давлениях, меньших предельного, во избежание разрывов закрепляемого грунта м прорывов растворов на поверхность или за пределы закрепляемого массива. Давление нагнетания не должно превышать: при двухрастворной силикатизации — 1,5 МПа, при однорастворной силикатизации и смолизации песчаных грунтов — 1,0 МПа, про-садочных грунтов — 0,5 МПа.
Если при нагнетании гелеобразующий раствор прорывается на поверхность, то это обычно бывает связано с превышением предельного давления или попаданием раствора в разрыхленную зону или пустоту. В этом случае нагнетание необходимо прекратить и затампонировать обнаруженные разрыхленные зоны, пустоты и прорывы цементными или цементно-глинистыми растворами. Давление нагнетания необходимо снижать медленно во избежание забивки инъектора грунтом.
Прорыв гелеобразующего раствора на поверхность можно предотвратить, если выполнить пригрузку закрепляемой области. При усилении фундаментов существующих зданий роль при-грузки играет само сооружение и залегающие над закрепляемой областью грунты. В остальных случаях с этой целью могут быть использованы специально уложенные бетонные плиты, подбираемые таким образом, чтобы их вес и прочностные свойства препятствовали прорыву растворов на поверхность.
Нагнетание растворов через каждую скважину производится до условного отказа, за который принимается:
а) поглощение скважиной расчетного количества раствора
при давлении нагнетания, не превышающем проектного;
б) снижение расхода раствора, нагнетаемого через скважину,
до 5-5-10 л/мин с одновременным повышением давления нагнетания выше проектного.
При выполнении тампонажных работ необходимо учитывать нижеследующее.
1. Закрепление грунтов всеми способами, кроме термического, выполняется только при положительной температуре грунта. Термическое закрепление всех видов грунтов, кроме многолетнемерзлых, возможно и при отрицательных температурах грунта.
2. При закреплении грунтов в условиях плотной городской застройки нельзя допускать засорения отвердевшими реагентами и повреждения расположенных поблизости инженерных коммуникаций (коллекторов, кабельных и телефонных каналов, дренажей и пр.).
3. Все работы по инъекционному закреплению грунтов должны быть закончены до устройства дренажа.
4. Все инъекционные скважины после их использования по назначению обязательно должны быть ликвидированы путем их заполнения цементным раствором.
Производство тампонажных работ всеми способами включает в себя следующие последовательно выполняемые операции:
-подготовительные и вспомогательные работы, включая приготовление тампонажных растворов;
-погружение в грунт инъекторов путем их забивки или установки в предварительно пробуренные скважины, а также оборудование инъекционных скважин;
-нагнетание тампонажного раствора в грунт;
-извлечение инъекторов и ликвидация инъекционных скважин;
-контроль качества закрепления.
Для выполнения комплекса тампонажных работ используют следующее оборудование: погружаемые в грунт или забуриваемые инъекторы, оборудование для приготовления и нагнетания раствора, разводящую сеть, контрольно-измерительную и запорную аппаратуру, вспомогательное оборудование.
Для приготовления тампонажного раствора устраивают растворосмесительные узлы.
Комплекс оборудования для ведения цементационных работ показан на рис. 2.20.
![]() |
Рис. 2.20. Комплекс оборудования для цементационных работ: 1 — самоходная буровая установка; 2 — универсальная цементационная головка; 3 — цементационный агрегат; 4 — емкость для раствора; 5 — смесительная машина
![]() |
Рис. 2.21. Комплекс оборудования для нагнетания глиноцементных растворов: 1 — бункер-накопитель; 2 — насос; 3 — смесительная машина; 4 — емкость для жидкого стекла; 5 — насос; 6 — емкость для глиноцемен-тного раствора; 7 — цементационный агрегат
Глиноцементные растворы готовят непосредственно перед нагнетанием (рис. 2.21). Исходный глинистый раствор из бункера-накопителя 1 насосом 2 подается в гидромешалку цементо-смесительной машины 3, куда вводится цемент. Глиноцементный раствор сливается в емкость 6, из которой высасывается насосом цементационного агрегата 7. Жидкое стекло вводится в смесь глиноцементного раствора насосом 5 из емкости 4 непосредственно в коллектор насоса цементационного агрегата.
Химические растворы рабочих концентраций готовят путем разведения исходных растворов чистой водой до проектной плотности.
При приготовлении тамионажных, в особенности химических, растворов необходимо строго следить за соблюдением дозировки и плотности компонентов. Только в этом случае можно добиться максимального эффекта от закрепления. С этой целью наиболее часто используются растворомешалки РМ и СБ, а также установки производства германской фирмы «Бауэр».
Конструкция инъектора и механизма для его погружения зависит от инженерно-геологических условий площадки производства работ и мощности зоны закрепления.
Для закрепления грунта на глубину до 10 м применяется инъектор, состоящий из наголовника, колонн глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей. Для уменьшения уплотнения грунта и облегчения введения растворов в грунт перфорированное звено изготавливается меньшим диаметром, чем глухие звенья. Забивка инъектора в грунт может осуществляться отбойными молотками. При забивке наголовник временно устанавливают без деталей, предназначенных для подачи раствора, которые монтируются после погружения инъектора.
К работам по забивке инъекторов предъявляют следующие требования:
-инъектор должен быть забит строго в указанном в проекте направлении и с точностью угла наклона 2—3°;
-забивка должна быть произведена на заданную глубину за максимально короткий срок;
-при забивке оборудование не должно подвергаться сильному износу.
Погружение инъекторов на глубину 10-15 м осуществляют пневмоударниками или пневматическими молотками, например бурильными станками с пневмоударником СБУ-100 или станком НКР-100М, смонтированным на ходовой тележке СБУ-2 или КБУ-50. Инъекторы изготавливаются из металлических труб диаметром 58+62 мм. Перфорированная часть инъектора имеет длину 0,5—1,0 м.
При закреплении грунта на глубину более 15 м используется погружение инъекторов в предварительно пробуренные скважины того же диаметра. Скважина бурится на глубину первой заходки. Затем раствор нагнетается в грунт. После нагнетания в первую заходку инъектор погружается в следующую заходку и далее цикл повторяется на всю глубину закрепления.
Закрепление грунта на большую глубину (до 120 м) проводится через манжетные инъекторы, опускаемые в предварительно пробуренные скважины диаметром 120—150 мм. Скважина бурится под глинистым раствором на всю глубину зоны закрепления, в нее погружается труба с резиновыми манжетами, закрывающими ее отверстия. После этого производится нагнетание закрепляющего раствора.
Применяемые буровые установки должны обеспечивать:
• заданное направление скважин;
• высокую скорость бурения при минимальной стоимости работ;
• минимальное зашламовываиие трещин раздробленной породой;
• ровную поверхность трещины для установки пакеров.
Обычно для бурения скважин диаметром 40—150 мм на глубину до 100 м используют самоходные и передвижные установки шнекового бурения.
Оборудование скважин зависит от способа закрепления, гидрогеологических условий и схемы нагнетания раствора. При цементации скважина оборудуется кондуктором с цементационной головкой. Кондуктор предназначен для закрепления и герметизации устья скважины, обеспечения заданного направления при бурении, установки цементационной головки с запорной арматурой и измерительными приборами.
Инъекторы для силикатизации и смолизации грунтов состоят из наголовника, колонны глухих звеньев труб и соединительных частей.
Для газовой силикатизации применяется манжетный инъектор с тампоном, состоящий из наружной перфорированной и внутренней (передвижной) трубы с тампонами. Нижний конец инъектора выполнен в виде сопла с шариковым прижимным клапаном. Внутренняя труба предназначается для подачи реагентов в закрепляемую зону.
Регулирующая сеть предназначена для подачи закрепляющих растворов в необходимом количестве и под требуемым давлением от насосной установки к работающим инъекторам.
В качестве проводящей системы используются металлические трубопроводы диаметром 36—50 мм или толстостенные резиновые шланги с внутренним диаметром, рассчитанным на давление до 3 МПа.
Тампонирование обычно ведется в подготовительный период строительства и применяется при большой мощности водообильных пород, залегающих на достаточно небольшой глубине от поверхности. Работы могут выполняться:
• на всю проектную глубину сразу — тампонаж одной заходкой;
• отдельными нисходящими заходками в направлении сверху вниз;
• отдельными восходящими заходками в направлении снизу вверх.
По окончании тампонажа и набора раствором необходимой прочности разбуривают несколько контрольных скважин и определяют удельное водопоглощение массива. Если его величина не превышает 0,05 л/мин, то тампонирование считают успешным. При большем значении удельного водопоглощения тампонирование повторяют до тех пор, пока не получат требуемой величины.
К строительным работам приступают после завершения тампонирования всей толщи водоносных пород и выдержки массива в течение 4—6 дней.
Дата добавления: 2014-12-23 ; Просмотров: 2585 ; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет




